现代宇宙学有一块基石，叫做"宇宙学原理"：从足够大的尺度来看，宇宙在任何方向上都应该是均匀的，不会存在超过一定尺寸的巨型结构。
问题是，宇宙似乎并不打算遵守这条规则。
2024年1月，中央兰开夏大学天文学家阿莱克西亚·洛佩兹在美国天文学会第243届年会上宣布了一项令天文学界震惊的发现：一个由星系和星系团构成的巨大环状结构，直径约13亿光年，周长超过40亿光年，悬挂在距离地球约69亿光年的深空之中。这个结构被命名为"大环"，研究随后发表于《宇宙学与天体粒子物理学杂志》。
13亿光年是什么概念？光以每秒30万公里的速度飞行，跑完这段距离需要13亿年。而人类全部的文明史，不过区区数千年。
更令人不安的是，这已经是洛佩兹在同一片天区、同一距离处发现的第二个超大结构。
两个"不可能存在"的结构，出现在同一位置
大环（蓝色）和巨弧（红色）。（中央兰开夏大学）
第一个巨型结构叫"巨弧"，于2021年被洛佩兹的团队发现。它是一段弯曲的星系聚集带，长度约33亿光年，约为宇宙学原理所允许最大结构尺寸的三倍。
"巨弧"的发现已经让天文学家头疼了几年。随后"大环"在几乎完全相同的位置现身，让这个谜题升级成了真正意义上的挑战。
洛佩兹在发布"大环"时说："以我们目前对宇宙的理解，这两个超大型结构都难以解释。它们的超大尺寸、独特形状以及在宇宙中的接近程度，一定在告诉我们一些重要的信息，但究竟是什么信息，我们还不知道。"
宇宙学家计算出的当前理论结构尺寸上限约为12亿光年。"巨弧"的长度是这个上限的近三倍，而"大环"的周长与"巨弧"的长度相当。两者不只是在尺度上超标，还恰好在宇宙学意义上彼此为邻，概率上几乎不可能是随机巧合。
"大环"的形态本身也令人困惑。乍看之下，它与宇宙中已知的另一类结构"重子声波振荡"（BAO）有几分相似，后者是早期宇宙中传播的声波凝固留下的球形遗迹，直径固定在约10亿光年。但仔细分析后，研究团队发现"大环"实际上并非平面圆环，而更接近螺旋状，只是因为特定的排列角度看起来像一个环，和BAO是两种本质不同的结构。
宇宙学基石动摇，三种理论各执一词
一张星系分布图，图中显示了大环星系，大致以 x 轴上的 0 点为中心。（中央兰开夏大学）
"大环"的存在让天文学界不得不面对一个老问题：宇宙学原理，还站得住脚吗？
这条原理是大爆炸宇宙学标准模型的基础假设之一，它支撑着我们对暗物质分布、宇宙膨胀速率乃至宇宙年龄的全部计算框架。如果宇宙在大尺度上并不均匀，现有模型就需要从根本上重新审视。
目前，学界提出了几种可能的解释方向，但没有一种已经获得确证。
第一种可能是罗杰·彭罗斯的共形循环宇宙学。这一模型认为宇宙经历了无休止的大爆炸膨胀循环，每个循环结束后留下的痕迹可能形成类似的环状结构。这个理论有一定的预测能力，但本身也面临来自观测的质疑，尚非主流。
第二种可能是"宇宙弦"。宇宙弦是理论预测中早期宇宙时空拉伸时产生的拓扑缺陷，类似于时空织物上的折痕，宽度比质子还细，但却可以延伸极长的距离。理论上，宇宙弦在宇宙中的分布可能留下环状或弧形的星系聚集特征。目前，宇宙弦仍停留在理论层面，尚无直接的物理观测证据，但相关的间接理论支持相当充分。
第三种可能是最令人沮丧的一种：这些庞大的结构只是星系在三维空间中随机分布投影到二维天空时产生的视觉假象。但研究团队已经对这一可能性进行了统计检验，认为纯属巧合的概率极低。
洛佩兹对这一谜题保持着审慎的兴奋："根据目前的宇宙学理论，我们认为这种规模的结构是不可能存在的。然而大环和巨弧就在那里，而且还是宇宙学意义上的邻居，这真是令人着迷。"
寻找更多类似结构，或许是破解谜题的下一步。如果这样的超大结构在宇宙中普遍存在，而非偶然孤例，那将是重写宇宙学教科书的信号。
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